粉煤灰砖的发展趋势与研究方向
发布时间: 2006-09-13 00:00 查看: 9718次
粉煤灰主要来源于燃煤电厂，它是从电厂锅炉排烟中收集到的1种粉状物质。粉煤灰的物化性能使其成为1种可利用的资源，特别是其具有的潜在胶凝活性，经一定的活化处理，可生成与水泥水化物相同的水化硅酸钙和水化铝酸钙等成份，使制品具有水硬性和一定的强度，故可用作建筑材料。
1 粉煤灰的综合利用
我国电力工业目前80 %的发电量仍由燃煤产生，一般平均每发电1万kWh，排灰约1万t。2000年我国发电量达12000亿kWh，年排灰超过1.2亿t。2001年我国火电装机容量增到26290万kWh，发电量达13362亿kWh，年排灰达到1.5亿t［1］。可见：发电量年增长约1 000亿kWh，粉煤灰产量增加3000万t。考虑历年来的存灰，我国粉煤灰贮量估计已超过10亿t。但资料显示，目前全国粉煤灰综合利用率约为27%，因此，我国已成为世界上最大的粉煤灰生产和贮存国。当前，随着全国性的电能紧缺，燃煤电厂仍在大量的建设中，仅山西近几年新(扩)建燃煤电厂的总装机容量将达到1000万kW。可以肯定，随着我国发电量增加，粉煤灰的产量和贮存量必将进一步增大。粉煤灰大量的排放和堆存，增加了电力建设的投资，增大了电力生产的成本，占用大量的土地，加重了对环境的污染，不仅严重制约了我国电力工业本身的发展，而且也影响到国民经济的可持续增长。因此，粉煤灰的充分利用是1项紧迫而又长期的任务。
另一方面，随着我国国民经济的高速发展和人民生活的日益提高，对建筑墙材的需求在不断增长，对环境保护越来越重视。我国建材工业2000年墙材的产量约为7 300亿块，其中粘土实心砖为5 400亿块，占总量的74 %。近几年，由于新型墙材的应用和对粘土实心砖生产的限制，粘土实心砖的产量虽有所下降，但仍占相当大的比例。我国用占世界7%的耕地养活着占世界22 %的人口，人均耕地仅为1.3亩，但每年因烧砖却要毁田达7万多亩；同时，烧砖耗能近6 000万t标准煤，对环境也造成了污染。为保护耕地和环境，我国制定了墙材发展的战略：淘汰粘土砖，利用工业固体废弃物资源研制、生产高强轻质、保温隔热节能、防火无毒环保的新型墙材。因此，利用大量的粉煤灰制砖便成为替代粘土砖生产与应用的1个重要途径。
2 粉煤灰砖的政策环境和市场前景
近年来，为推动粉煤灰等工业固体废弃物在墙材中的综合利用，国家制定了一系列方针政策。主要有：①利用工业废渣生产建材产品不征收固定资产投资方向调节税。②对生产新型墙材的企业减免土地使用税，对生产实心粘土砖企业征收土地使用税。③凡企业利用本企业外的大宗煤矸石、炉渣、粉煤灰作主要原料，生产建材产品的所得，自生产经营之日起，免征所得税5年。④企业生产的原材料中掺有不少于30 %的煤矸石、粉煤灰、炉渣等废渣的建材产品，免征增值税。⑤对使用实心粘土砖的房屋建筑，在价外加收一定费用。⑥将抗压强度＞MU 15、吸水率＜22 %的高掺量粉煤灰烧结普通砖作为新型墙材重点发展类产品，同时将粘土实心砖列入禁止类产品。⑦2003-06-31起在全国直辖市、沿海大中等170个城市禁止使用实心粘土砖。⑧将粉煤灰烧结空心砖列为中国高新技术产品，重点鼓励粉煤灰烧结空心砖的生产、销售和利用。⑨2005年前淘汰粘土实心砖厂2万家，每年关闭4000家，粘土实心砖产量每年减少120亿块；2005年粉煤灰综合利用率要达到65 %；2005-12-31前，全国所有省会城市全面禁止使用实心粘土砖。⑩粉煤灰烧结多孔砖为重点发展产品，要求达到高掺灰量(＞50 %)，高孔隙率(＜25 %)，高强度(＞20 MPa)，高保温性能，并发展为主导产品。我国在加大粉煤灰综合利用和墙材革新政策力度的同时，为促进粉煤灰制砖的发展，对利用粉煤灰生产砖的原料性能、产品技术质量要求、结构设计及施工质量验收制定了新的技术标准。主要有：①《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》JC/T409-2001。②《粉煤灰砖》JC239-2001。③《烧结普通砖》GB/T5101-2003。④《烧结多孔砖》GB13544-2000。⑤《砌体结构设计规范》GB50003-2001。⑥《砌体结构施工质量验收规范》GB50203-2002。
综上所述，目前在我国，良好的政策环境使粉煤灰砖的研发、生产与应用出现了前所未有的发展良机，粉煤灰砖产品具有广阔的市场前景。
3 粉煤灰砖的研发方向
根据生产工艺不同，目前利用粉煤灰生产的砖分为：粉煤灰烧结普通砖、粉煤灰烧结多孔砖、粉煤灰蒸压砖及蒸养砖。
3.1 粉煤灰烧结普通砖
粉煤灰烧结普通砖是指由粉煤灰和粘土等材料挤出成型后，焙烧而成的实心标准砖。
由于粉煤灰无塑性，为便于挤出成型，坯体不开裂，保证产品质量，大多数生产企业以加入粘土来提高混合料的塑性。粘土的塑性指数和挤出机的性能对粉煤灰烧结普通砖掺灰量有较大影响。粘土的塑性指数越大，粘土用量则越少，而粉煤灰用量可增大；挤出机的压力和真空度越大，越便于坯体成型，从而使粉煤灰的用量提高。目前，对掺灰量不超过50 %、以粘土为主的粉煤灰烧结普通砖(又称为内燃砖)，由于生产技术较成熟，取得了节土，降低煤耗和成本的效果，得到国家的优惠政策，企业获得了效益，故发展较快。在全国10万个生产企业中，有80 %以上的企业生产此种内燃砖。对掺灰量在50 %以上的高掺量粉煤灰烧结砖，虽然其具有掺灰量大，重量轻，保温节能效果显著等优势，但由于受粉煤灰特性的影响，高掺量粉煤灰烧结砖较难达到标准规定的质量要求。目前的研发方向是：在不用或少用粘土的情况下，提高制砖混合料的塑性；同时，研制更适合生产高掺量粉煤灰烧结砖的设备，并制定相应的产品质量标准。
3.2 粉煤灰烧结多孔砖
粉煤灰烧结多孔砖的材料组成与生产工艺同粉煤灰烧结普通砖。
按照现行国家标准，其规格尺寸分为M型和P型，孔洞可为圆孔或矩形孔，孔洞率≥25 %。
由于粉煤灰烧结多孔砖重量轻，节能效果优于粉煤灰烧结普通砖，所以受到科研、生产、设计部门的高度重视。近年来，在国家墙材革新和利废力度加大的形势下，电力、冶金、建材等部门投资几十亿元建设或改造了上百条年产3 000万块的高掺量粉煤灰烧结多孔砖生产线，形成了年产约50亿块的生产能力，年用灰量预计将达到500～600万t。但根据调查资料，粉煤灰烧结多孔砖生产普遍存在产量低、掺灰量低、产品合格率低和企业效益低的现象。其原因主要是材料组成性能、生产工艺与设备以及质量管理存在不同程度的问题造成的。目前，应针对高掺量粉煤灰烧结多孔砖在生产过程中存在的实际问题，进行技术攻关，开展改进性研究，不宜再投资新建高掺粉煤灰烧结多孔砖生产线。
3.3 粉煤灰蒸压(蒸养)砖
粉煤灰蒸压(蒸养)砖是以粉煤灰、石灰等为原料，经压制成型，高压(常压)蒸汽养护而成的实心标准砖。粉煤灰蒸压(蒸养)砖的产品质量除受材料组成性能影响外，压制成型时的压力、压制速度以及养护时的蒸汽温度、压力对产品质量也有较大影响。成型压力越大，砖坯越密实，产品性能越好；压制速度较慢，有利于砖坯内气体排出，不仅可提高砖坯密实度，而且砖坯不会产生分层和裂纹。砖坯在蒸压釜(蒸汽温度176 ℃以上、蒸汽压力0.8 MPa以上的)内养护，砖内活性组份的水化反应充分，砖的强度较高，且耐久性良好。常压蒸养而成的粉煤灰砖，强度等性能一般较蒸压砖差，且墙体易出现开裂等现象。工程实践证明，使用十多年的粉煤灰蒸压砖，强度不但未降低，反而都有所提高。所以粉煤灰蒸压砖可完全取代粘土实心砖。由于粉煤灰蒸压砖的生产需要大吨位(600～1200 t)的液压压砖机和蒸压釜等设备，且生产工艺较复杂，故粉煤灰蒸压砖的成本较高。目前，粉煤灰蒸压砖的发展方向是提高产品质量，增大粉煤灰掺量，降低生产成本，重点是研制生产粉煤灰蒸压砖的新设备，开发新技术。从国内目前利用粉煤灰生产砖的现状和发展情况可见，粉煤灰砖主要有粉煤灰烧结和粉煤灰蒸压2个系列。2个系列相同的研发方向是用料高掺灰、产品高性能、生产低成本。但随着人们对空气质量要求越来越高，粉煤灰烧结系列对大气造成的二次污染已引起各方面的关注。资料显示：粉煤灰掺量为65 %，年产5 000万块标准砖的粉煤灰烧结砖厂，其排放的SO2气体是同掺灰量、同规模粉煤灰蒸压砖厂的20.8倍，是烧结普通粘土砖厂的5.4倍，排放的CO2气体是粉煤灰蒸压砖厂的5.8倍，是烧结普通粘土砖厂的1.5倍，且掺灰量越大，对大气的污染越严重。因此，粉煤灰烧结系列不宜作为未来发展方向。高掺量粉煤灰蒸压砖应成为我国粉煤灰砖的主导产品。另外，还需特别指出，我国粉煤灰虽然产量大、贮存多，但由于受煤质和机组运行等的影响，有70 %以上的排灰为低、劣质灰，充分利用低、劣质灰制砖是实现粉煤灰充分利用的关键，也是当今研究的重要课题。
参考文献：
［1］ 李从典我国粉煤灰制砖的昨天今天明天［J］粉煤灰综合利用，2003(1)，38～42.
［2］ 刘天富.火电厂粉煤灰开发利用市场探析［J］.粉煤灰综合利用，2004(1)，50.
［3］ 陈福广.调整粉煤灰墙材制品发展方向的建议［J］.新型建筑材料，2003(12)，17～18.
1 粉煤灰的综合利用
我国电力工业目前80 %的发电量仍由燃煤产生，一般平均每发电1万kWh，排灰约1万t。2000年我国发电量达12000亿kWh，年排灰超过1.2亿t。2001年我国火电装机容量增到26290万kWh，发电量达13362亿kWh，年排灰达到1.5亿t［1］。可见：发电量年增长约1 000亿kWh，粉煤灰产量增加3000万t。考虑历年来的存灰，我国粉煤灰贮量估计已超过10亿t。但资料显示，目前全国粉煤灰综合利用率约为27%，因此，我国已成为世界上最大的粉煤灰生产和贮存国。当前，随着全国性的电能紧缺，燃煤电厂仍在大量的建设中，仅山西近几年新(扩)建燃煤电厂的总装机容量将达到1000万kW。可以肯定，随着我国发电量增加，粉煤灰的产量和贮存量必将进一步增大。粉煤灰大量的排放和堆存，增加了电力建设的投资，增大了电力生产的成本，占用大量的土地，加重了对环境的污染，不仅严重制约了我国电力工业本身的发展，而且也影响到国民经济的可持续增长。因此，粉煤灰的充分利用是1项紧迫而又长期的任务。
另一方面，随着我国国民经济的高速发展和人民生活的日益提高，对建筑墙材的需求在不断增长，对环境保护越来越重视。我国建材工业2000年墙材的产量约为7 300亿块，其中粘土实心砖为5 400亿块，占总量的74 %。近几年，由于新型墙材的应用和对粘土实心砖生产的限制，粘土实心砖的产量虽有所下降，但仍占相当大的比例。我国用占世界7%的耕地养活着占世界22 %的人口，人均耕地仅为1.3亩，但每年因烧砖却要毁田达7万多亩；同时，烧砖耗能近6 000万t标准煤，对环境也造成了污染。为保护耕地和环境，我国制定了墙材发展的战略：淘汰粘土砖，利用工业固体废弃物资源研制、生产高强轻质、保温隔热节能、防火无毒环保的新型墙材。因此，利用大量的粉煤灰制砖便成为替代粘土砖生产与应用的1个重要途径。
2 粉煤灰砖的政策环境和市场前景
近年来，为推动粉煤灰等工业固体废弃物在墙材中的综合利用，国家制定了一系列方针政策。主要有：①利用工业废渣生产建材产品不征收固定资产投资方向调节税。②对生产新型墙材的企业减免土地使用税，对生产实心粘土砖企业征收土地使用税。③凡企业利用本企业外的大宗煤矸石、炉渣、粉煤灰作主要原料，生产建材产品的所得，自生产经营之日起，免征所得税5年。④企业生产的原材料中掺有不少于30 %的煤矸石、粉煤灰、炉渣等废渣的建材产品，免征增值税。⑤对使用实心粘土砖的房屋建筑，在价外加收一定费用。⑥将抗压强度＞MU 15、吸水率＜22 %的高掺量粉煤灰烧结普通砖作为新型墙材重点发展类产品，同时将粘土实心砖列入禁止类产品。⑦2003-06-31起在全国直辖市、沿海大中等170个城市禁止使用实心粘土砖。⑧将粉煤灰烧结空心砖列为中国高新技术产品，重点鼓励粉煤灰烧结空心砖的生产、销售和利用。⑨2005年前淘汰粘土实心砖厂2万家，每年关闭4000家，粘土实心砖产量每年减少120亿块；2005年粉煤灰综合利用率要达到65 %；2005-12-31前，全国所有省会城市全面禁止使用实心粘土砖。⑩粉煤灰烧结多孔砖为重点发展产品，要求达到高掺灰量(＞50 %)，高孔隙率(＜25 %)，高强度(＞20 MPa)，高保温性能，并发展为主导产品。我国在加大粉煤灰综合利用和墙材革新政策力度的同时，为促进粉煤灰制砖的发展，对利用粉煤灰生产砖的原料性能、产品技术质量要求、结构设计及施工质量验收制定了新的技术标准。主要有：①《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》JC/T409-2001。②《粉煤灰砖》JC239-2001。③《烧结普通砖》GB/T5101-2003。④《烧结多孔砖》GB13544-2000。⑤《砌体结构设计规范》GB50003-2001。⑥《砌体结构施工质量验收规范》GB50203-2002。
综上所述，目前在我国，良好的政策环境使粉煤灰砖的研发、生产与应用出现了前所未有的发展良机，粉煤灰砖产品具有广阔的市场前景。
3 粉煤灰砖的研发方向
根据生产工艺不同，目前利用粉煤灰生产的砖分为：粉煤灰烧结普通砖、粉煤灰烧结多孔砖、粉煤灰蒸压砖及蒸养砖。
3.1 粉煤灰烧结普通砖
粉煤灰烧结普通砖是指由粉煤灰和粘土等材料挤出成型后，焙烧而成的实心标准砖。
由于粉煤灰无塑性，为便于挤出成型，坯体不开裂，保证产品质量，大多数生产企业以加入粘土来提高混合料的塑性。粘土的塑性指数和挤出机的性能对粉煤灰烧结普通砖掺灰量有较大影响。粘土的塑性指数越大，粘土用量则越少，而粉煤灰用量可增大；挤出机的压力和真空度越大，越便于坯体成型，从而使粉煤灰的用量提高。目前，对掺灰量不超过50 %、以粘土为主的粉煤灰烧结普通砖(又称为内燃砖)，由于生产技术较成熟，取得了节土，降低煤耗和成本的效果，得到国家的优惠政策，企业获得了效益，故发展较快。在全国10万个生产企业中，有80 %以上的企业生产此种内燃砖。对掺灰量在50 %以上的高掺量粉煤灰烧结砖，虽然其具有掺灰量大，重量轻，保温节能效果显著等优势，但由于受粉煤灰特性的影响，高掺量粉煤灰烧结砖较难达到标准规定的质量要求。目前的研发方向是：在不用或少用粘土的情况下，提高制砖混合料的塑性；同时，研制更适合生产高掺量粉煤灰烧结砖的设备，并制定相应的产品质量标准。
3.2 粉煤灰烧结多孔砖
粉煤灰烧结多孔砖的材料组成与生产工艺同粉煤灰烧结普通砖。
按照现行国家标准，其规格尺寸分为M型和P型，孔洞可为圆孔或矩形孔，孔洞率≥25 %。
由于粉煤灰烧结多孔砖重量轻，节能效果优于粉煤灰烧结普通砖，所以受到科研、生产、设计部门的高度重视。近年来，在国家墙材革新和利废力度加大的形势下，电力、冶金、建材等部门投资几十亿元建设或改造了上百条年产3 000万块的高掺量粉煤灰烧结多孔砖生产线，形成了年产约50亿块的生产能力，年用灰量预计将达到500～600万t。但根据调查资料，粉煤灰烧结多孔砖生产普遍存在产量低、掺灰量低、产品合格率低和企业效益低的现象。其原因主要是材料组成性能、生产工艺与设备以及质量管理存在不同程度的问题造成的。目前，应针对高掺量粉煤灰烧结多孔砖在生产过程中存在的实际问题，进行技术攻关，开展改进性研究，不宜再投资新建高掺粉煤灰烧结多孔砖生产线。
3.3 粉煤灰蒸压(蒸养)砖
粉煤灰蒸压(蒸养)砖是以粉煤灰、石灰等为原料，经压制成型，高压(常压)蒸汽养护而成的实心标准砖。粉煤灰蒸压(蒸养)砖的产品质量除受材料组成性能影响外，压制成型时的压力、压制速度以及养护时的蒸汽温度、压力对产品质量也有较大影响。成型压力越大，砖坯越密实，产品性能越好；压制速度较慢，有利于砖坯内气体排出，不仅可提高砖坯密实度，而且砖坯不会产生分层和裂纹。砖坯在蒸压釜(蒸汽温度176 ℃以上、蒸汽压力0.8 MPa以上的)内养护，砖内活性组份的水化反应充分，砖的强度较高，且耐久性良好。常压蒸养而成的粉煤灰砖，强度等性能一般较蒸压砖差，且墙体易出现开裂等现象。工程实践证明，使用十多年的粉煤灰蒸压砖，强度不但未降低，反而都有所提高。所以粉煤灰蒸压砖可完全取代粘土实心砖。由于粉煤灰蒸压砖的生产需要大吨位(600～1200 t)的液压压砖机和蒸压釜等设备，且生产工艺较复杂，故粉煤灰蒸压砖的成本较高。目前，粉煤灰蒸压砖的发展方向是提高产品质量，增大粉煤灰掺量，降低生产成本，重点是研制生产粉煤灰蒸压砖的新设备，开发新技术。从国内目前利用粉煤灰生产砖的现状和发展情况可见，粉煤灰砖主要有粉煤灰烧结和粉煤灰蒸压2个系列。2个系列相同的研发方向是用料高掺灰、产品高性能、生产低成本。但随着人们对空气质量要求越来越高，粉煤灰烧结系列对大气造成的二次污染已引起各方面的关注。资料显示：粉煤灰掺量为65 %，年产5 000万块标准砖的粉煤灰烧结砖厂，其排放的SO2气体是同掺灰量、同规模粉煤灰蒸压砖厂的20.8倍，是烧结普通粘土砖厂的5.4倍，排放的CO2气体是粉煤灰蒸压砖厂的5.8倍，是烧结普通粘土砖厂的1.5倍，且掺灰量越大，对大气的污染越严重。因此，粉煤灰烧结系列不宜作为未来发展方向。高掺量粉煤灰蒸压砖应成为我国粉煤灰砖的主导产品。另外，还需特别指出，我国粉煤灰虽然产量大、贮存多，但由于受煤质和机组运行等的影响，有70 %以上的排灰为低、劣质灰，充分利用低、劣质灰制砖是实现粉煤灰充分利用的关键，也是当今研究的重要课题。
参考文献：
［1］ 李从典我国粉煤灰制砖的昨天今天明天［J］粉煤灰综合利用，2003(1)，38～42.
［2］ 刘天富.火电厂粉煤灰开发利用市场探析［J］.粉煤灰综合利用，2004(1)，50.
［3］ 陈福广.调整粉煤灰墙材制品发展方向的建议［J］.新型建筑材料，2003(12)，17～18.
［4］ 陈福广主编.新型墙体材料手册(第二版)［M］.北京：中国建筑工业出版社，2001.
尹维新(山西大学工程学院，山西 太原 030013)
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